Yüksek Sıcaklıklara Dayanabilen Bellek Geliştirildi!

Yeni geliştirilen bellek cihazları oldukça yüksek sıcaklıklara dayanabiliyor. Özellikle uzay seyahatlerinin zorlu koşullarına dayanabilmesi için tasarlanan bu elektronik hafıza ekipmanları gelecek yıllarda oldukça önemli bir yere sahip olacak. NASA’nın şimdiden yatırım yaptığı teknolojinin detayları haberimizde.

A- A+

17.03.2019 tarihli yazı 5754 kez okunmuştur.

NASA Bellek Sıcaklık Valans Elektron Uzay Venüs Mars

Galyum nitrür bazlı yeni bellek tasarımları 300 ^oC sıcaklığa kadar olan sıcaklıklarda dahi çalışabiliyor. Mars’ın fırtınalı ve kraterlerle dolu yüzeyinde sıcaklıklar kimi zaman 430 ^oC gibi yüksek değerlere ulaşabiliyor. Güneşe iki katı uzaklıkta bulunan ve karbondioksit bakımından oldukça zengin bir atmosfere sahip Venüs için de 462^oC gibi değerleri görmek mümkün oluyor.

Bu gezegenlere gönderilen tüm araçlar ve cihazlar bu şartlara dayanabilmeli. Buna sensörler, problar, devre kartları gibi tüm hassas elektronik bileşenler de dahil. Mars yüzeyine henüz bir görev gerçekleştirilmemişken Venüs’te en uzun dayanan ekipman 1982 yılında Venera-13 projesindeki bir probdur. Arızalanmasına kadar 127 dakika dayanabilmiştir. Sonraki gelişmelerle Mars’a gönderilen Curiosity 2012 yılından bu yana çalışmasına devam etmektedir.

Önümüzdeki yıllarda ise elektronik bileşenlerin çok daha uzun süre yüksek sıcaklıklara dayanabileceği hatta bunun kaçınılmaz bir gereklilik olduğu belirtiliyor. Malzeme bilimci Yuji Zhao ve ekibinin IEEE Electron Device Letters’ta yayınlanan çalışmalarında, tasarladıkları galyum nitrür bazlı yeni bellek kartının 25^oC ile 300^oC arası sıcaklıklarda çalışabileceği belirtiliyor. NASA bu çalışmaya gelecek Merkür ve Venüs projelerinde kullanılması amacıyla yatırım desteğinde bulundu.

►İlginizi Çekebilir: Yüksek Hızlı Kuantum Bellek Geliştirildi

Zhao, bu tür yüksek sıcaklıkta kullanılmak üzere geliştirilen elektronik ekipmanların piyasada henüz yaygınlaşmadığını ve bunun kendileri için avantaj olduğunu belirtti. Galyum nitrürün yüksek sıcaklık uygulamaları için en iyi adaylardan biri olmasını sağlayan özelliği geniş bant aralığıdır . Bir malzemenin iletken olabilmesi için aşması gereken enerji aralığıdır, bu fark aşıldığında akım başlar.

Geleneksel silikonlarda bant aralığı 1.12eV’tur. Bu da küçük sıcaklık artışlarında, elektronların hızlıca valans bandından iletim bandına geçişinin yaşanması demektir. Yani cihazdaki akım durumu kontrolden çıkar ve sonunda arıza yaşanır. Fakat galyum nitrür bazlı malzemede bu aralık 3.4 eV gibi bir değere ulaşır. Bu da daha yüksek sıcaklıklarda dahi arızasız çalışmayı sağlar.

Galyum nitrür bu alanda tek güçlü aday değil. NASA’nın yatırım yaptığı bir diğer güçlü ve önemli yarı iletken malzeme silikon karbürdür. Bu iki teknolojinin bir arada kullanılacağı ve gittikçe geliştirilecek özellikleri ile uzay görevlerinde önemli mesafeler kat edilebilecek.

Cihaz galyum nitrürün kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile üretiliyor. Cihazın püf noktasının benzer işlemi defalarca tekrarlayıp galyum kaplamasının homojen birkaç kat şeklinde uygulanması olduğu belirtiliyor. Birkaç kat kaplamadan sonra bazı alanlar plazma ile oyuluyor ve sonra yeniden kaplanıyor. Bu işlem nitorjen atomlarının kaybolduğu bir ara boşluk oluşturuyor. Bu ara boşluk katmanı hafıza işlevini gerçekleştirmek için oldukça önemli. Araştırmacılara göre bu nitrojen boşlukları elektronları yakalamak ve serbest bırakmakla görevli oluyor. Bu da yüksek ve düşük dirençler oluşturarak açık-kapalı konumların meydana gelmesini sağlıyor.

Oda sıcaklığında yapılan testlerde cihaz herhangi bir bozulma göstermeden bin kez aç-kapat yapabiliyor. Daha sonra araştırmacılar bu testi 300 ^oC sıcaklığa ulaşan koşullarda tekrarladı. Aynı şekilde bin çevrim sonunda yine bir problem ile karşılaşılmadı. Sıcaklığın 350^oC üzerine ulaştığı durumlarda cihaz işlevini yitirse de oda sıcaklığına kadar soğuduğunda tekrar çalışabilir hale gelebiliyor.

Cihazı daha da geliştirmek isteyen araştırmacılar 500 ^oC ve üzeri sıcaklıklar için testlere başladı. Ayrıca yeni versiyonun daha uzun süre dayanabilmesi için çalışmalar devam ediyor. Ekip bir yandan da nitrojen boşluklarının performansa etkisini araştırıyor. Ürünler hazır olduğunda NASA tarafından, gerçekçi uzay koşullarının oluşturabildiği tesislerde test edilecek. Burada sıcaklık, rüzgar, toz gibi koşullarda performanslar gözlenecek.

Kaynak:

►spectrum.ieee.org